Data Generation, Collection & Transfer
16.05.2019

Beim Rüsten keine Zeit verlieren

Kürzere Rüstzeiten verlängern die Laufzeit einer Maschine und erhöhen die Produk­tionskapazität. Mit der SMED-Methode lässt sich die Dauer jedes Produktwechsels erheblich verringern. Optimierte Arbeitsschritte und automatisierte Zustellachsen sind ein Weg zu höherer Wirtschaftlichkeit. Lenord + Bauer bietet mit dem autonomen Positioniersystem eine technische Lösung.

Automation von Zustellachsen mit dem Powerdrive-System

Automation von Zustellachsen mit dem Powerdrive-System

Mehrere Produkte mit variablen Stückzahlen auf einer Maschine zu verarbeiten, ist für die meisten Produzenten von Lebensmitteln und Verbrauchsgütern Normalität. Doch jedes Rüsten einer Maschine verkürzt die Laufzeit und verringert die Produktionskapazität. Um auch kleinere Losgrößen wirtschaftlich zu produzieren, sind vor allem in Branchen mit flexibler Fertigung geringe Rüstzeiten essenziell. Mit der SMED-Methode (Single Minute Exchange of Die) können diese sowohl durch organisatorische als auch technische Maßnahmen stufenweise verkürzt werden. Im Idealfall reduziert jede Stufe die Rüstzeit um mindestens 50 % in Bezug auf die vorangegangene Stufe.


Rüstzeitenoptimierung mit dem Powerdrive-System an zwei Zustellachsen

Rüstzeitenoptimierung mit dem Powerdrive-System an zwei Zustellachsen


Eine Analyse der Rüsttätigkeiten lässt interne und externe Rüstarbeiten erkennen. Dabei sind interne Rüstarbeiten direkt mit der Umstellung der Maschine verbunden und erfordern eine Unterbrechung der Produktion. Externe Tätigkeiten dagegen können bei laufendem Betrieb durchgeführt werden, wie das Bereitstellen von Material und Werkzeug oder das Einholen der Daten für den neuen Auftrag. Das Verlagern der nicht unmittelbar zum Rüsten erforderlichen Arbeiten reduziert die unproduktive Zeit. Weiteres Einsparpotenzial bietet das parallele Ausführen von Rüstarbeiten. Je nach Aufbau und Funk­tion der Maschine sind hierfür technische Veränderungen notwendig, beispielsweise das Austauschen von manuellen Stelleinrichtungen durch vollautomatische Positioniersysteme.

In vielen Maschinen werden Sekundärachsen manuell oder pneumatisch verstellt. Jede manuelle Verstellung benötigt Zeit und ist fehleranfällig. Betrachtet man den Ablauf bei einem Formatwechsel, übernimmt der Bediener zunächst die auftragsbezogenen Daten und stellt jede Zustellachse auf das neue Format ein. Häufig erfolgt im Anschluss eine visuelle Überprüfung. Eine Testfahrt zeigt, ob die Einstellung korrigiert werden muss. Bereits beim Übertragen der Einstelldaten können individuelle Fehler auftreten. Je mehr Achsen betroffen sind, desto höher ist das Fehlerpotenzial. Jede erforderliche Korrektur erhöht die Rüstzeit. Bei häufigen Formatwechseln ist eine Automation der Zustellachsen mit Stellantrieben sinnvoll.


Schritte der SMED-Methode zur Rüstzeiten-Optimierung 

Schritte der SMED-Methode zur Rüstzeiten-Optimierung


Die Stellantriebe Powerdrive sind mechatronische Einheiten, die Micro-Controller, Motor, Encoder und Bremse beinhalten. Jeder Antrieb regelt selbstständig die Geschwindigkeit der Achse. Über eine dezentrale Steuereinheit können bis zu 17 Antriebe und IO-Geräte angeschlossen werden. Dann bilden die Geräte ein Sub-Netz, wobei eine Steuereinheit als Knotenpunkt die Kommunikation mit der Maschinensteuerung (SPS) übernimmt. Das Sub-Netz entlastet das Kommunikationsnetz der Maschine und optimiert obendrein den Datenfluss. Von der SPS kommt nur der Fahrauftrag mit den neuen Positionsdaten, den Rest übernimmt das Powerdrive-System selbstständig. Solche autonomen Aktoren und Controller mit integrierten, intelligenten und interaktiven Sensoren sind aus Sicht des Herstellers die Zukunft in der Automatisierungstechnik. Das spiegelt sich im Produktkonzept „i³SAAC wider“, welches auf die Bedürfnisse von Maschinenherstellern und Betreibern ausgerichtet ist.

Denn das Powerdrive-System unterstützt nicht nur gängige ethernetbasierte Schnittstellen, zur Einbindung des Systems in die SPS stehen Funktionsblöcke zur Verfügung. Diese Tem­plates generieren die zur Steuerung der Antriebe notwendigen Fahraufträge und leiten Zustandsdaten, wie Motorstrom, Absolutposition, Gerätetemperatur sowie Schwellenwerte, an die SPS weiter. Durch eine getrennte Führung von Motor- und ­Logikversorgung im Anschlusskabel der Antriebe bleiben Kommunikation und Diagnosefunktionen auch bei abgeschalteter Motorversorgung erhalten. Über die Konfiguration von bis zu vier dezentralen Einheiten ist das Abschalten von Antriebsgruppen möglich, wenn das Rüsten nur in einem Anlagenteil erforderlich ist. Das Speichern von einmal erstellten Formaten in der Rezepturverwaltung der SPS vermeidet Einstellfehler und garantiert maximale Wiederholgenauigkeit. Gerade bei häufigen Formatwechseln mit geringen Losgrößen wird so die Anlagenverfügbarkeit gesteigert und die Produktivität erhöht.


Bestimmung des Return-on-Invest mit dem RoI-Kalkulator

Bestimmung des Return-on-Invest mit dem RoI-Kalkulator


Wann sich das Automatisieren von Zustellachsen rechnet, lässt sich mit dem RoI-Kalkulator von Lenord + Bauer ermitteln. Aktuelle Parameter, wie die Rüstdauer inklusive der Einfahrzeit, die Personalkosten, die Anzahl der zu verstellenden Achsen sowie die Häufigkeit der Formatwechsel, geben Aufschluss über die entstehenden Rüstkosten. Dem stehen die ­Investitionskosten für das Positioniersystem gegenüber. Die dunkle Gerade in Bild „Bestimmung des Return-on-Invest mit dem RoI-Kalkulator“ zeigt die laufenden Kosten der Formatwechsel ohne Automation der Zustellachsen. Da keine Kosten zur Umrüstung anfallen, startet sie im Nullpunkt. Bei nur einem Formatwechsel pro Produktionstag steigen die Kosten linear an. Die rote Linie gibt den Verlauf der Rüstkosten für ein ­Powerdrive-System mit fünf Stellantrieben wieder. Mit etwa 7000 € schlägt die Investition in das Positioniersystem im vorliegenden Beispiel zu buche. Aufgrund der reduzierten Rüstzeiten ist die Kurve für die Kosten je Formatwechsel deutlich flacher. Schließlich schneiden sich die beiden Kostenverläufe. Im vorliegenden Beispiel liegt der Schnittpunkt am 27. Tag der Produktion. Zu diesem Zeitpunkt übersteigen die Kosten der ­manuellen Formatwechsel die Gesamtkosten des Positioniersystems. Der Return on Investment ist erreicht. Die Investition in das System führt zu kürzeren Rüstzeiten und erhöht die Produktionskapazität. In der Zukunft wird das System Hersteller und Betreiber durch ein aktives Condition Monitoring unterstützen. Es wird neben den Daten zum Zustand der Komponenten zum Beispiel auch Veränderungen im Anlaufmoment aufzeigen. Ein frühzeitiges Erkennen von Verschmutzungen und Verschleiß an der Achse reduziert dann auch ungeplante Ausfallzeiten während des Betriebs.

www.lenord.de


Autor:

Dr.-Ing. Peter Velling
ist Head of Business Unit Machinery bei der Lenord, Bauer & Co. GmbH in Oberhausen.

20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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Zum Schmunzeln

Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
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